基于修正J-A模型和改进遗传算法的变压器建模方法

变压器直流偏磁会导致铁心半周饱和,可能导致高压直流输电系统中谐波不稳定现象发生。为实现对直流偏磁条件下变压器运行工况的精确模拟,基于能量守恒式及Langevin方程对原Jiles-Atherton(J-A)模型进行修正;进一步提出了适用于修正J-A模型参数辨识的改进遗传算法,提高了传统遗传算法的全局搜索精度和收敛速度。在PSCAD/EMTDC中基于修正J-A模型搭建了非线性磁滞电感,在此基础上建立变压器仿真模型;基于等比缩小的变压器实物进行直流偏磁实验,将励磁电流仿真波形与实验波形进行对比。结果表明:修正的J-A模型物理意义更加明确,改进遗传算法具有更高的精度和更快的收敛速度,所建变压器模型与实验结果吻合度很高,验证了所提建模方法的准确性。

一种增加辅助子模块的MMC改进混合调制控制策略

传统的最近电平逼近调制NLM(nearest level modulation)具有控制简单,开关频率低的显著优势,但在输出电平数较少时,采用NLM调制的模块化多电平换流器MMC(modular multilevel converter)输出波形谐波畸变率较大。在传统三相六桥臂MMC拓扑的各桥臂中增加1个全桥结构的辅助子模块,控制该辅助子模块的电容电压为半桥子模块的一半。针对该MMC拓扑,提出了一种改进的混合调制策略,该混合调制策略可以实现半桥和辅助子模块的平衡控制。在降低MMC交流侧输出电流的谐波畸变率同时,还可以降低全桥子模块的开关频率和系统损耗。在Matlab/Simulink中搭建了详细的仿真模型,仿真结果验证了所提MMC拓扑和改进混合调制策略的有效性。

大规模新能源超远距离送出的柔性直流系统集成设计方案

沙漠、戈壁、荒漠等地区大规模新能源输送负荷中心是实现“碳达峰、碳中和”目标的重要举措。介绍了基于常规直流和柔性直流的大规模新能源超远距离送出方案,从适用场景、过电压、电压与无功功率调节能力、经济性等方面对比了两种方案的优劣,柔性直流送出方案具有较好的技术经济优势。提出了适用于千万千瓦级新能源基地超远距离送出的柔性直流系统集成设计方案,包括±800 kV/10 GW四端柔性直流输电系统的电气主接线、主回路参数、协调控制策略、交直流卸荷装置配置等。研究了双极单阀组和高低阀组方案选择、送端多阀组交流电压协同控制、高低阀组直流电压平衡控制等关键技术,提出了交直流卸荷装置的配置方案及投切策略。基于电磁暂态仿真验证了所提柔性直流设计方案的有效性。

大规模光伏电站孤岛经柔性直流送出的电压特性

光伏电站孤岛经柔性直流外送至负荷中心消纳是“沙戈荒”等地区光伏基地送出的重要技术方案。然而,孤岛送出系统中柔性直流设备代替传统旋转设备成为光伏设备的唯一稳定交流电压源,将导致系统电压特性明显不同于传统电网。因此,针对大规模光伏电站经孤岛柔性直流送出稳态、暂态电压特性开展研究。首先详细介绍了大规模光伏电站孤岛经柔性直流送出系统;其次建立了孤岛送出系统稳态电压分析模型,提出了以功率圆为表征计及柔性直流暂稳态无功功率能力的稳态电压特性及功率极限分析方法,并通过算例系统开展了稳态电压特性分析;然后研究了大规模光伏电站孤岛经柔性直流送出系统严重交流故障情况下暂态电压特性,提出新能源与柔性直流暂态协调控制策略;最后提出了提升电压稳、暂态特性的措施,可为光伏电站孤岛经柔性直流送出系统实际运行设计提供参考。

感应子发电机带整流大容性负载的瞬态特性分析

分析感应子发电机带整流大容性负载充电电源的瞬态特性,根据换流重叠角的大小划分系统在不同阶段的工作模态;同时,分析换流延时角的特性并根据不同的工作模态,具体分析充电系统的瞬态特性和换流过程对系统充电性能的影响;最后在理论分析的基础上,对系统进行仿真,并完成实际装置的试验。仿真和实验均验证了该文对瞬态特性分析的正确性,该方法适用于所有的整流带大容性负载瞬态特征分析。

风电机组变流器对海上风电场可靠性的影响

风电变流器(wind power converter,WPC)是风电转换系统的关键部件,承担着风机功率变换和并网的重要功能。WPC故障会造成整个风电机组停运,其可靠性高低对风电转换系统乃至整个风电场的可靠性都有较大影响。由于海上风电场运行环境恶劣,故障元件的维修与更换困难,WPC对海上风电场整体可靠性的影响也更为严重。基于WPC的故障机理,建立了计及WPC故障的海上风电场风电转换系统可靠性模型。基于该模型,进一步考虑风机尾流效应和风电场集电系统的故障,对海上风电场进行了可靠性评估,研究了WPC故障对海上风电场整体可靠性的影响,并对影响变流器和海上风电场可靠性的主要因素进行了灵敏度分析。算例结果表明,风电机组变流器故障对海上风电场整体可靠性的影响较大,在计及变流器故障的影响后,海上风电场的容量因子将显著降低。

基于18相风力发电系统的环流抑制策略研究

多相电机具有转矩大、转矩脉动低以及容错性高的特点,尤为适用于风力发电系统这种低速大功率程度应用场合。文中提出一种基于18相直驱永磁同步发电机的风力发电系统,该系统由18相风力发电电机、三相桥式不控整流器、并联隔离型DC/DC变流器和模块化多电平变流器构成。针对并联隔离型DC/DC变流器之间易产生环流的问题,文中通过理论推导得出环流的计算公式,采用转速外环、电流内环的MPPT控制得到并联隔离型DC/DC变流器的参考导通比分量。将环流控制器以及电容电压反馈控制器输出叠加作为隔离型DC/DC变流器导通比的叠加分量,参考导通比分量和导通比的叠加分量得到隔离型DC/DC变流器的调制信号,通过对变流器开关器件的导通情况进行调节从而实现环流抑制。最后通过MATLAB/Simulink仿真结果验证了所提环流抑制策略的有效性。

联接弱交流电网的双馈入VSC系统小信号稳定性分析与虚拟阻抗控制策略

联接弱交流电网双馈入VSC系统的小信号稳定性会受到主电路与控制器参数等多种因素的影响。不同于联接弱交流电网单馈入VSC系统,并联VSC之间的相互影响同样会引入系统不稳定问题。首先建立了双馈入VSC系统的小信号模型,基于参与因子分析方法提出了变量参与度的评价指标,得到了影响系统稳定运行特性的相关因素;其次,采用特征值分析法分析了系统参数与小信号稳定性之间的关系;最后,提出了增强双馈入VSC系统小信号稳定性,提高功率传输极限的控制策略。所得结论为:并联VSC系统的小信号稳定性会受到控制器参数与之间电气距离的影响,通过提出的虚拟阻抗控制器能够极大地增强系统小信号稳定性,提高系统功率传输极限。在PSCAD/EMTDC中搭建了双馈入VSC系统模型,仿真结果验证了结论的正确性与控制策略的有效性。

基于18相风力发电系统的最大功率跟踪控制策略研究

多相电机具有转矩大、转矩脉动低以及容错性高的特点,适用于低速大功率场合。提出一种基于18相直驱永磁同步发电机的风力发电系统,该系统由18相电机、三相桥式不控整流器、并联隔离型DC/DC变流器和模块化多电平变流器构成。通过理论推导得出在最大功率点时,三相桥式不控整流器的输出电流为一恒定值,因此只需控制输出电流恒定即可实现最大功率跟踪。与传统控制方法相比,该控制方法复杂度显著降低。此外,对并联的隔离型DC/DC变流器输入电流进行反序分配,从而调节DC/DC占空比,维持模块化多电平变流器能量平衡。最后在Matlab/Simulink软件平台下搭建了相应仿真模型,仿真结果验证所提控制方法的有效性。

多端直流输电系统主回路设计研究

多端直流输电系统因其结构灵活、经济性高而备受关注。多端直流输电系统因运行方式灵活,主回路关键设备参数选择和主回路状态计算需要考虑更多因素。本文从分析多端直流的系统运行条件入手,分析了多端直流的系统运行方式和控制方式。接着剖析了多端直流关键设备参数的限制因素,提出了适用于多端直流主回路关键参数的计算方法。构建了直流网络的潮流计算方程,提出了约束条件的调节方法。最后通过设计实例验证了所提方法的有效性。该方法为多端直流输电系统的设计提供了技术手段和支撑。

高压直流输电系统阻尼型双调谐交流滤波器的优化设计

阻尼型双调谐交流滤波器是高压直流输电系统中最常用的滤波器,其优化设计关系到交流滤波器的性能及定值。从不同位置阻尼电阻的双调谐滤波器的统一阻频特性表达式出发,推导出适用于双调谐滤波器的分流比表达式,进一步分析了阻尼电阻对交流滤波器性能和定值的影响。分析了阻尼电阻与电话谐波波形系数之间的关系式,且推导了阻尼电阻对交流滤波器设备定值和造价的影响公式,为阻尼型双调谐交流滤波器的优化设计提供计算依据。最终总结了优化设计的算法和流程。

直流输电系统孤岛运行交流滤波器设备能力评估方法

高压直流输电系统在孤岛运行方式下,若发生系统故障,交流系统频率会出现较大范围的变化,将增大交流滤波器元件的电流。通过对直流输电系统孤岛故障条件下频率变化的分析,研究了频率变化对交流滤波器元件额定电流的影响。基于单调谐滤波器的阻频特性,提出了多调谐滤波器频率波动条件下的定值计算方法。据此分析了交流系统条件和滤波器参数对设备定值随频率变化的影响,提出了在孤岛条件下交流滤波器设备能力的评估方法。通过与仿真结果的对比,验证了所提方法的有效性。

高压直流换流站内融冰装置的交流滤波系统设计

直流融冰装置是冰期保证电网安全稳定运行必不可少的设备。本文重点针对高压直流输电系统换流站内融冰装置设计的特殊场景,研究了融冰装置对融冰交流母线电能质量、直流换流站交流母线电能质量、换流站交流滤波器设备的影响,提出了换流站内融冰装置的交流滤波系统的设计原则和方法,并通过设计实例和仿真验证了所提出方法的有效性。本文提出的方法能够有效降低融冰装置对直流换流站的电能质量和设备的影响,保证高压直流输电系统和融冰装置的安全稳定运行。

高压直流与含串补交流系统次/超同步铁磁谐振机理与解决措施

结合2017年5月29日富宁站换相失败恢复过程中发生的次/超同步铁磁谐振现象,通过理论分析和仿真验证明确了高压直流与含串补交流系统发生次/超同步铁磁谐振的原因。含串补交流系统在次同步谐波下阻抗幅值大幅增加,次同步频率谐波与其互补频率谐波之间的耦合作用增强;利用奈奎斯特稳定判据对交直流系统的阻抗进行分析,考虑串补后交直流系统的稳定性下降但仍然是稳定的。次同步频率谐波的存在易使变压器铁芯饱和,使系统稳定性进一步下降。理论分析和仿真结果表明,发生大扰动后,在换流器调制和变压器铁芯饱和2种非线性因素的作用下,交直流系统出现次/超同步的铁磁谐振现象,串补和交流滤波器相配合可以有效抑制这一类型的谐振。

多相耦合输电线路频率相关模型的动态分段非解耦算法

多相耦合输电线路的频率相关分布参数模型是分析任意多回交、直流输电线路最实用的模型,其非解耦算法具有计算精确、适用于不对称参数等优点,但应用于谐波稳态计算时,存在运算复杂、数值规模大及计算需要分段等问题。该文对频率相关模型非解耦算法的计算效率和计算精度进行了定量分析。在此基础上,推导了1种输电线路最优分段长度的计算方法,提出了1种频率相关模型的动态分段非解耦算法。该算法根据预设的计算精度,对各次谐波频率动态选取分段长度。验证算例表明,该文所提算法计算精度高,可根据需求任意指定精度,同时可以提高计算效率、降低软件复杂度,因此对电力系统谐波稳态分析软件的设计实现具有参考价值。

考虑容量分配系数的混合多送端直流输电系统可靠性评估

随着大规模新能源的逐步接入,混合直流输电系统(hybrid multiple sending terminals HVDC,H-MSTDC)逐步由单送端结构发展为多送端多受端结构,多个换流站的运行方式及送端换流站之间容量分配增加了可靠性评估的复杂度。考虑多个送端和受端换流站之间的容量分配系数,分析了混合多送端直流输电系统的典型接线和运行方式,构建了混合多送端直流输电系统各受端及系统综合可靠性指标体系,基于子系统划分和均匀设计法提出了H-MSTDC可靠性评估模型。最后,基于我国藏东南工程某二送二受备选接线结构,计及容量分配系数,进行直流输电系统可靠性评估,并分析了极端地理环境影响下系统可靠性的变化趋势,为实际工程提供参考。

考虑元件参数不确定性的高压直流输电系统可靠性区间评估

为了评估元件参数不确定性对高压直流(high voltage direct current,HVDC)输电系统可靠性的影响,提出了基于仿射算术(affine arithmetic,AA)的HVDC输电系统可靠性区间评估方法。首先用区间形式刻画元件可靠性参数的不确定性,建立了HVDC输电系统可靠性指标的区间算术表达式模型以及可靠性区间评估模型;然后鉴于区间运算存在过于保守的问题,将仿射算术引入可靠性区间评估;最后通过对一个双12脉波接线的HVDC输电系统进行分析,证明了所提方法可以有效刻画元件参数不确定性对HVDC输电系统可靠性评估的影响,同时还能高效地辨识系统的薄弱元件。

共用接地极直流输电工程运行方式转换过程中换流站地网分流的影响及解决方案

分析了共用接地极直流系统在单极大地和单极金属回线运行方式转换过程中存在的风险,包括对变压器、开关等设备以及控制保护的影响。提出了在高速接地开关(high speed grounding switch,HSGS)与站内地网间装设限流电阻和与之并联的隔离开关的新型接线解决方案以及接地限流电阻的阻值设计方法。通过理论分析和现场调试验证了直流运行方式转换过程中的限流效果和对中性线电压的影响,通过PSCAD/EMTDC仿真分析了接地方式对直流系统故障暂态工况的影响,结果表明所提出的方案可有效解决直流运行方式转换过程共用接地极对换流站的相互影响,并不影响极线和中性线直流设备的稳态和暂态应力要求。对于直流控制保护设计,已建工程仅需修改顺控,无需修改保护配置。

海上风电送出用柔性直流换流站电气主接线

柔性直流输电是目前大规模远海风电送出至陆上电网的主流输电方式。本文提出了海上风电柔性直流送出采用双极接线的多种实现方式,与对称单极接线进行了对比,推荐采用对称单极接线,并提出了直流电压选择优化方案。分析了海上风电柔性直流送出的电气特点及其与其他柔性直流应用场景的差异。考虑海上换流站高可靠性和紧凑化设计需求以及海上换流站和陆上换流站的不同特点,研究并提出了两端换流站主接线的结论,包括柔性直流变压器、启动回路、桥臂电抗器、直流耗能装置的配置和接地方式等接线设计,在保证可靠的前提下达到简化设备要求、节省空间和降低造价的目的。

高压直流输电系统直流谐波阻抗的解析计算及谐振分析研究

研究了常规高压直流输电系统直流回路谐波谐振问题。采用解析计算的方法,对典型高压直流输电系统的直流回路谐波阻抗进行数学建模。基于状态空间模型得到了直流谐波阻抗的解析表达式,形成了直流回路阻抗频谱,并通过PSCAD软件对所提模型进行了验证。分析了系统各环节参数与直流谐波阻抗的耦合关系。提出了采用调整控制参数实现直流回路谐振宽频抑制的方法,并通过电磁暂态仿真对所提方法进行了验证。结果表明,所提方法可有效提升高压直流系统的直流谐振抑制能力和安全稳定运行水平。